SGK Vật Lí 12 - Bài 6. Thực hành: Khảo sát thực nghiêm các định luật dao động của con lắc đơn

Thực hÀNh :
Khảo sát thực nghiệm
CÁC ĐỊNH LUẬT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN
Hình 6.1
- MỤC ĐÍCH
Khảo sát thực nghiệm để phát hiện ảnh hưởng của biên độ, khối lượng, chiều dài con lắc đơn đối với chu kì dao động T. Từ đó tìm ra công thức tính
chu kì T = 2ĩĩ — và ứng dụng tính gia tốc trọng \ O
trường g tại nơi làm thí nghiệm.
- DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
Ba quả nặng có móc treo 50 g ; một sợi dây mảnh dài 1 m ; một giá thí nghiệm dùng treo con lắc đơn, có cơ cấu điều chỉnh chiều dài con lắc đơn ; một đồng hồ bấm giây (sai số ± 0,2 s) hoặc đồng hồ đo thời gian hiện số có cổng quang điện ; một thước 500 mm ; một tờ giấy kẻ ô milimét (hoặc giấy kẻ ô vuông).
Ill	- TIÊN HÀNH THÍ NGHIỆM
Chu kì dao động T của con lắc đơn phụ thuộc vào biên độ dao động như thế nào ?
- Chọn quả nặng có khối lượng m - 50 g, mắc vào đầu tự do của sợi dây mảnh không dãn treo trên giá thí nghiệm để tạo thành con lắc đơn. Điều chỉnh chiều dài con lắc đơn (tính từ điểm treo cố định đến trọng tâm của quả nặng) đúng bằng 50,0 cm.
Kéo quả nặng lệch khỏi vị trí cân bằng một khoảng A = 3 cm cho dây treo con lắc nghiêng đi một góc a so với phương thẳng đứng rồi thả cho nó tự do dao động. Đo thời gian t con lắc thực hiện 10 dao động toàn phần và ghi kết quả đo vào Bảng 6.1.
- Thực hiện phép đo trên với các giá trị khác nhau của biên độ A (Ẩ = 3, 6, 9, 18 cm) rồi ghi tiếp các kết quả đo vào Bảng 6.1.
Bảng 6.1	m = 50 g,/ = 50,0 cm
A (cm)
A
sina = y
Góc lệch a (°)
Thời gian 10 dao động t (s)
Chu kì T(s)
Â, = 3,0
	±	
T,=	+	
A2 = 6,0
ù=	+	
T2 =	+	
Â3 = 9,0
f3=	+	
	+	
A4=18
f4 = ••••• ±	
h =	+	
Tính các giá trị sina, a, t, T theo Bảng 6.1, từ đó rút ra định luật về chu kì của con lắc đơn dao động với hiên độ nhỏ.
Chu kì dao động của con lắc đơn phụ thuộc vào khối lượng m của con lắc như thế nàó ?
Mắc thêm các.quả nặng để thay đổi khối lượng của con lắc đơn (m - 50, 100, 150 g), đồng thời điều chỉnh độ dài dây treo để giữ cho độ dài / của con lắc đơn không thay đổi vẫn đúng bằng 50,0 cm (lưu ý rằng khi thay đổi hoặc thêm bớt quả nặng thì trọng tâm của m đương nhiên sẽ thay đổi). Đo thời gian t con lắc thực hiện 10 dao động toàn phần với biên độ đủ nhỏ (xác định theo kết quả đo trên Bảng 6.1) ứng với mỗi trường hợp, rồi ghi kết quả vào Bảng 6.2.
Bảng 6.2 / = 50,0 cm, A =	cm
m
(g)
Thời gian 10 dao đông t(s)
Chu kì T(s)
50
\ =	+	(s>
100
Tữ =	+	(s)
150
	-i'.................
Tc=	+	(s)
Tính chu kì T theo Bảng 6.2, so sánh TÁ với Tg và Tc đế rút .ra định luật về khối lượng của con lắc đơn.
Phát biểu định luật về khối lượng của con lắc đem dao động nhỏ (a < 10°):	’	 	......
Chu kì dao động của con lắc đơn phụ thuộc chiều dài con lắc như thế nào ?
Dùng con lắc đem có m = 50 g, chiều dài /ị = 50,0 em và đo thời gian 10 dao động toàn phần để xác định chu kì Tj. Ghi vào Bảng 6.3.
Thay con lắc đom có chiều dài lần lượt là /ọ rồi /3 (thay đổi tuỳ chọn từ 40 em đến 60 em) để đo thời gian 10 dao động toàn phần và xác định chu kì T2 và Ty
Tính bình phương các chu kì Tị2, T2, r| và các tỉ số
- Ghi các kết quả đo và tính được vào Bảng 6.3.
Bảng 6.3
Chiểu dài /(em)
Thời gian f=107"(s)
Chu kì
T(s)
T2 (s2)
T2
/
(s2/cm)
Z1 =	±	
f1 =	±	
ri =	±	
Ư =	±	
- +
z2=	±	
f2=	±	
G	±	
^2 =	±	
II
.... +....
Z3=	1	
f3=	±	
/■3=	+	
^3 =	+	
'3
+
Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T vào chiều dài l của con lắc đơn. Rút ra nhận xét.
Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T2 vào chiều dài l của con lắc đơn. Rút ra nhận xét.
- Phát biểu định luật về chiều dài của con lắc đơn :
Kết luận
Từ các kết quả nhận được ở trên suy ra : Chu kì dao động của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ, tại cùng một nơi, không
phụ thuộc vào	 mà tỉ lệ với
	 của con lắc theo công thức : T = a.yíĩ , trong đó kết
quả thí nghiệm cho ta giá trị a -	
Theo công thức lí thuyết về chu kì dao động của con lắc đơn dao động với biên độ (góc lệch) nhỏ :
r=2,JĨ	(*)
trong đó -7= ~ 2 (với g lấy bằng 9,8 m/s2) s/g
So sánh kết quả đo a cho thấy công thức (*) đã được (không được) nghiệm đúng.
Tính gia tốc trọng trường g tại nơi làm thí nghiệm theo giá trị a thu được từ thực nghiệm.
BÁO CÁO THỰC HÀNH
Khảo SÁT THỰC NGHIỆM
CÁC ĐỊNH LUẬT DAO ĐỌNG CỦA CON LAC đơn
Họ và tên :	
.Lớp :
	Tổ :	
Ngày làm thực hành :	
- MỤC ĐÍCH THỰC HÀNH
- Cơ Sơ LÍ THUYÊ r : Trả lời các câu hỏi sau.
Con lắc đơn có cấu tạo như thế nào ? Chiều dài / của con lắc đơn được đo như thế nào ?
Cần làm thế nào để phát hiện ra sự phụ thuộc của chu kì dao động T của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ vào biên độ dao động ?
Cần làm thế nào để phát hiện ra sự phụ thuộc của chu kì dao động T của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ vào chiều dài / của con lắc đơn ?
Làm cách nào để xác định chu kì T với sai số AT = 0,02 s khi dùng đồng hồ có kim giây ? Cho biết sai số khi dùng đồng hồ này là ± 0,2 s (gồm sai số chủ quan khi bấm và sai số dụng cụ).
- KẾT ỌUẢ
Khảo sát ảnh hưởng của biên độ dao động đối với chu kì ĩ của con lắc đơn
-Chu kì 1Q
10
- Phát biểu định luật về chu kì của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ :
Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng	con lắc m	đối với chu kì dao động T
Phát biểu định luật về khối lượng của con lắc đơn :	
Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài con lắc đơn / đối với chu kì dao động T
Căn cứ các kết quả đo và tính được theo Bảng 6.3, vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T vào / và đồ thị phụ thuộc của T2 vào /:
Đổ thị T = f[l) .	Đó thị T2 = F[Ị)
Nhận xét
Đường biểu diễn T = f(J) có dạng 	cho thấy rằng : Chu kì dao động T
........................ với độ dài con lắc đơn.
Đường biểu diễn T2 = F(ỉ) có dạng	cho thấy rằng : Bình phương chu
kì dao động T2	với độ dài con lắc đơn. T2 = kl, suy ra T = a.\fĩ.
- Phát biểu định luật về chiều dài của con lắc đơn :
“Chu kì dao động của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ, tại cùng một nơi, không
phụ thuộc vào 	 mà tỉ lệ với
	của độ dài con lắc, theo công thức : T = a.4ĩ, với a = 4k, trong đó a là
hệ số góc của đường biểu diễn T2 - F(l).
b) Công thức lí thuyết về chu kì dao động của con lấc đơn dao động với biên độ (góc lệch) nhỏ :
7 = 2tt
z. , '	2?r
đã được nghiệm đúng, với tí sô : —ỹ= = a -	
Từ đó tính được gia tốc trọng trường tại nơi làm thí nghiệm :
í_47r	z
ê -	-	(m/s	Dự đoán xem chu kì dao động T của một con lắc đơn phụ thuộc vào những đại lượng đặc trưng l, m, a của nó như thế nào ? Làm cách nào để kiểm tra từng dự đoán đó bằng thí nghiệm ?
 	Chu kì dao động của con lắc đơn có phụ thuộc vào nơi làm thí nghiệm hay không ? Làm cách nào để phát hiện điều đó bằng thí nghiệm ?
)
(Không yêu cầu xác định sai số phép đo)
Xác định công thức về chu kì dao động của con lắc đơn
Từ các kết quả thực nghiệm suy ra : Chu kì dao động của con lắc đơn dao động
với biên độ nhỏ không phụ thuộc vào	mà tỉ lệ
	của chiều dài ì con lắc đơn và tỉ lệ	
	 của gia tốc rơi tự do tại nơi làm thí nghiệm,
hệ số tỉ lệ bằng	T =	........................
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
ft
Có thể đo chu kì con lắc đơn có chiều dài l < 10 cm hay không ? Vì sao ?
Dùng con lắc dài hay ngắn sẽ cho kết quả chính xác hơn khi xác định gia tốc rơi tự do g tại nơi làm thí nghiệm ?